Metabolic and Molecular Insights Into Nicotiana benthamiana Trichome Exudates: An Ammunition Depot for Plant Resistance Against Insect Pests

烟草 生物 毛状体 粉虱 植物 生物化学 基因
作者
Junxia Wang,Wen‐Hao Han,Rui Xie,Fengbin Zhang,Zhiwei Ge,Shun‐Xia Ji,Shu‐Sheng Liu,Xiao‐Wei Wang
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:48 (1): 387-405 被引量:8
标识
DOI:10.1111/pce.15135
摘要

ABSTRACT Nicotiana benthamiana , a widely acknowledged laboratory model plant for molecular studies, exhibits lethality to certain insect pests and can serve as a dead‐end trap plant for pest control in the field. However, the underlying mechanism of N. benthamiana 's resistance against insects remains unknown. Here, we elucidate that the lethal effect of N. benthamiana on the whitefly Bemisia tabaci arises from the toxic glandular trichome exudates. By comparing the metabolite profiles of trichome exudates, we found that 51 metabolites, including five O ‐acyl sugars ( O ‐AS) with medium‐chain acyl moieties, were highly accumulated in N. benthamiana . Silencing of two O ‐AS biosynthesis genes, branched‐chain keto acid dehydrogenase ( BCKD ) and Isopropyl malate synthase‐C ( IPMS‐C ), significantly reduced the O ‐AS levels in N. benthamiana and its resistance against whiteflies. Additionally, we demonstrated that the higher expression levels of BCKD and IPMS‐C in the trichomes of N. benthamiana contribute to O ‐AS synthesis and consequently enhance whitefly resistance. Furthermore, overexpression of NbBCKD and NbIPMS‐C genes in the cultivated tobacco Nicotiana tabacum enhanced its resistance to whiteflies. Our study revealed the metabolic and molecular mechanisms underlying the lethal effect of N. benthamiana on whiteflies and presents a promising avenue for improving whitefly resistance.
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